馬立元 尹 航，2 陳純芳 尹 偉

(1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083;2.中國石油大學(xué)(北京) 北京 102249)

紅河油田位于鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)，構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地西緣天環(huán)向斜的南段，鎮(zhèn)涇區(qū)塊的構(gòu)造整體為一西傾單斜，東南高、西北低，發(fā)育NW—SE向鼻狀構(gòu)造。延長期分流河道砂體與廣泛分布的暗色泥巖相互疊置，有利于巖性油藏的形成。該區(qū)具有多層系含油的特點，主要產(chǎn)油層為上三疊統(tǒng)延長組長6、長8油層組，其次為長7、長9油層組，在中侏羅統(tǒng)延安組和長10油層組也發(fā)現(xiàn)零星分布的產(chǎn)油井，預(yù)示著良好的石油勘探開發(fā)前景。

關(guān)于紅河油田原油的地球化學(xué)特征，目前還很少見到相關(guān)的論著，因而對于石油的來源問題缺乏系統(tǒng)的研究，從而制約了該區(qū)油氣勘探開發(fā)的進(jìn)程。本文通過對該區(qū)中生界不同層系原油的族組成和生物標(biāo)志化合物特征以及烴源巖地球化學(xué)特征的綜合分析，研究了原油的母質(zhì)性質(zhì)、形成環(huán)境和成熟度，進(jìn)而分析了油源，以期為該區(qū)下一步油氣勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 樣品與分析

本文系統(tǒng)采集了鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)13口井的原油和9口井的黑色泥、頁巖(圖1)，其中原油產(chǎn)層主要為上三疊統(tǒng)延長組，也有個別采自侏羅系，泥、頁巖樣品采自該區(qū)延長組長7、長8段。由于該區(qū)大部分油井油水同出，因此采集原油樣品時，對油水進(jìn)行了初步分離，并將樣品及時運(yùn)回實驗室后在低溫環(huán)境下保存。采集的烴源巖樣品有機(jī)質(zhì)豐度較高，泥巖有機(jī)碳含量均大于0.6%，油頁巖有機(jī)碳含量大于10%，屬于陸相中等及以上級別的烴源巖，具有該區(qū)典型延長組烴源巖的特征，樣品具有較好的代表性。

圖1 樣品采集位置圖Fig.1 Sampling locations in the study area

對于原油樣品，首先進(jìn)行瀝青質(zhì)沉淀，然后用柱層析進(jìn)行族組分分離。飽和烴、芳烴和非烴餾分分別用正己烷、苯和乙醇進(jìn)行沖洗。對于泥頁巖樣品，首先將其粉碎，然后用索氏抽提法抽提出氯仿瀝青“A”，用正己烷沉淀其中的瀝青質(zhì)，從而分離出飽和烴，并對飽和烴餾分采用色譜(GC)和色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)進(jìn)行分析。

2 原油族組成特征

紅河油田中生界原油的族組成特征基本一致，表現(xiàn)為各油層組的原油樣品在族組成特征三角圖中集中分布在較小的范圍內(nèi)(圖2)，反映出油源的單一性。原油族組成中飽和烴含量(39.09%～52.98%，平均48.81%)，非烴和瀝青質(zhì)含量較低(33.43%～50.20%，平均39.79%)，芳烴含量最低(10.40%～13.59%，平均 11.41%)，飽/芳比值高(3.65～4.68)。說明中生界原油已普遍達(dá)到成熟階段。

圖2 紅河油田原油族組成特征三角圖Fig.2 Triangular diagram of composition characteristics of crude oils in Honghe Oilfield

3 原油生物標(biāo)志化合物特征

3.1 飽和烴色譜特征

圖3 原油飽和烴m/z 85質(zhì)量色譜圖Fig.3 Oil saturated hydrocarbon m/z 85 mass chromatogram

紅河油田中生界各油層組原油中正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍為nC12～nC36，峰形多呈雙峰型，主峰碳一般為 nC15(或 nC17)、nC25(或 nC27)(圖3、表 1)，表明原油的母源先質(zhì)為水生生物和陸源高等植物的混合體;值分布范圍為0.43～1.28，除少數(shù)幾個樣品外，大多小于1(表1)，反映出高碳數(shù)的正構(gòu)烷烴略占優(yōu)勢，說明陸生高等植物在烴類生成中具有較大貢獻(xiàn)。原油中正構(gòu)烷烴奇偶優(yōu)勢基本消失或較微弱，CPI值分布在1.07～1.13，OEP值分布在1.02～1.12(表1)，反映出該區(qū)中生界原油均為成熟原油。

由于姥植比(Pr/Ph)可以反映早期葉綠素分解時的氧化還原環(huán)境，因此是一項重要的環(huán)境指標(biāo)。一般認(rèn)為，強(qiáng)還原沉積環(huán)境形成的原油為植烷優(yōu)勢型，其Pr/Ph值小于0.5;還原沉積環(huán)境形成的原油為姥植均勢型，其Pr/Ph值分布于0.5～1.0;弱還原—弱氧化沉積環(huán)境形成的原油為姥鮫烷優(yōu)勢型，其Pr/Ph值分布于1.0～2.0［1-3］。紅河油田中生界原油的Pr/Ph值分布范圍較小(0.93～1.17)，大多接近于1.0(表1)，反映出中生界不同油層組原油具有相似的母質(zhì)來源。其中延安組原油Pr/Ph值為1.12，長6油層組原油Pr/Ph值為1.07～1.10，長7油層組原油Pr/Ph值為0.93，長81油層組原油Pr/Ph值為1.02～1.16，長9油層組原油Pr/Ph值為0.94～1.17(表1)?？梢姡t河油田原油屬姥植均勢型或姥鮫烷優(yōu)勢型，形成于還原—弱還原沉積環(huán)境。

原油中的Pr/nC17值和Ph/nC18值通常用來研究生烴母質(zhì)類型、源巖沉積環(huán)境和原油成熟度［4-7］。紅河油田原油的Pr/nC17和Ph/nC18這兩個比值在二者關(guān)系圖中分布集中，且都落在混合相區(qū)域(圖4，圖版引自文獻(xiàn) 7)，反映他們具有相似的母質(zhì)來源［1，7］，原油母質(zhì)類型為混合型。圖4中這些原油樣品點位于氧化和還原環(huán)境的交匯區(qū)域或還原區(qū)域，表明原油形成于弱氧化—弱還原環(huán)境。

表1 紅河油田原油飽和烴色譜分析數(shù)據(jù)Table 1 Chromatographic data of saturated hydrocarbons of crude oils from the Honghe Oilfield

3.2 萜類化合物特征

圖4 原油中Pr/nC17與Ph/nC18值相關(guān)圖Fig.4 Cross plots of Pr/nC17vs.Ph/nC18ratios of the crude oil samples

紅河油田中生界各層組原油萜類化合物分布特征相似(圖5)，總體表現(xiàn)為三環(huán)萜烷含量較低，而各類五環(huán)三萜烷含量較高。五環(huán)三萜烷中以C30-藿烷和C29-降藿烷含量最高，其次是C27-三降藿烷(Ts、Tm)和降新藿烷C29Ts，而C30重排藿烷和伽馬蠟烷含量很低(圖5)。

一般認(rèn)為三環(huán)萜烷源于菌類有機(jī)質(zhì)，其含量也受到成熟度的影響，在高—過成熟原油中三環(huán)萜烷有時占絕對優(yōu)勢，而C27三降藿烷Ts/Tm既與成熟度有關(guān)，又與沉積環(huán)境相聯(lián)系，成熟度越高，Ts/Tm值越大［8-10］。本區(qū)中生界原油中三環(huán)萜烷含量較低，受成熟度影響小，主要與生源的關(guān)系更為密切。原油中三環(huán)萜烷/五環(huán)三萜烷值較小且分布較為集中，變化范圍在0.10～0.25之間，Ts/Tm值均大于 1(1.02～1.12)，且各油層組之間沒有太大的變化(表2)，說明原油應(yīng)具有相同的母質(zhì)來源，且成熟度接近一致。原油中C31升藿烷22S/(22S+22R)值為0.51～0.57(表2)，已接近平衡值，說明原油為成熟原油［8，11-13］。

原油中伽馬蠟烷的相對含量與其源巖的沉積水體咸度密切相關(guān)，是表征水體鹽度和水體分層程度的重要指標(biāo)［14-16］。伽馬蠟烷指數(shù)(伽馬蠟烷/C30藿烷)在淡水湖泊沉積通常小于0.1，在微咸水沉積通常小于0.3，半咸水沉積該指數(shù)為0.3～0.7，而在咸水沉積通常大于0.7［14-15］。紅河油田原油中伽馬蠟烷指數(shù)較小，分布于0.09～0.26(表2)，說明原油形成于相似的淡水—微咸水湖泊沉積環(huán)境。

圖5 延安組長9原油甾、萜烷質(zhì)量色譜圖Fig.5 Crude oil sterols terpane mass chromatogram of Yanan Formation to Chang 9 in Yanchang Formation

原油中C30重排藿烷含量低，C30重排藿烷/C30藿烷值介于0.07～0.22 之間(表2)。Peters等［8］研究認(rèn)為，C30重排藿烷來源于含有黏土并沉積在弱氧化到氧化環(huán)境沉積物中的菌類有機(jī)質(zhì)。紅河油田中生界原油中C30重排藿烷含量較低，與其沉積母源有機(jī)質(zhì)處于弱還原—還原的沉積環(huán)境有關(guān)。

表2 紅河油田原油萜烷分析數(shù)據(jù)Table 2 Analytical data of terpanes of crude oils from the Honghe oilfield

3.3 甾類化合物特征

地質(zhì)體中的甾烷類主要是在成巖過程中，由藻類、浮游動植物和高等植物等真核生物的甾醇衍生而來［14］。一般認(rèn)為，C27膽甾烷通常來源于低等水生生物和藻類;C29膽甾烷主體生源為高等植物，部分硅藻及褐藻也可成為C29膽甾烷的母源前身物［14-15］。

紅河油田原油C27、C28和C29甾烷的相對含量分別為25.0%～35.2%、26.7%～33.8%和32.2%～46.0%(表3)，這些值在圖6中分布在一個較小的范圍內(nèi)，在含量折線圖中多呈不對稱的“V”型，反“L”型(圖7)。除個別樣品(HH73)以C27甾烷含量較高外，其他樣品均以C29甾烷含量占優(yōu)勢，反映出中生界原油來自相同的油源，且陸生高等植物是本區(qū)烴源巖中有機(jī)質(zhì)的主要貢獻(xiàn)者，但在局部層段也有豐富的低等水生生物的母質(zhì)供給。

圖6 中生界各油層組原油規(guī)則甾烷相對組成Fig.6 Relative compositions of regular sterans of crude oils from the Mesozoic formation

圖7 原油中不同碳數(shù)規(guī)則甾烷分布樣式Fig.7 Distribution of different carbon number regular sterane of crude oils

原油中規(guī)則甾烷與藿烷的比值通常用來表征生烴母質(zhì)中真核生物(主要是藻類和高等植物)與原核生物(細(xì)菌)的輸入量。源于藻類生物的海相有機(jī)質(zhì)具有高的規(guī)則甾烷/藿烷值(≥1)［17］，而低的規(guī)則甾烷/藿烷值是陸源或者被微生物改造過的有機(jī)質(zhì)特征［18］。紅河油田原油樣品的規(guī)則甾烷/藿烷值均較低，分布在0.18～0.24(表3)，反映出原油母質(zhì)為陸源有機(jī)質(zhì)，同時也可能存在一部分的微生物改造作用。

甾烷異構(gòu)化參數(shù)αααC2920S/(20S+20R)和C29ββ/(ββ+αα)是很好的成熟度指標(biāo)，二者均隨著成熟度的增加而增大，反應(yīng)平衡值分別為0.52～0.55和0.67～0.71［19］，紅河油田原油中 C29甾烷 20S/(20S+20R)值分布范圍為 0.46～0.51，C29ββ/(ββ+αα)值分布范圍為0.52～0.60(表3)，在圖8(圖版引自文獻(xiàn)20)中數(shù)據(jù)點均落在成熟區(qū)域，且分布較為集中，說明紅河油田不同油層組原油成熟度相近，均屬于成熟原油。另外，原油中重排甾烷/規(guī)則甾烷值也可以用來評價原油的成熟度［20-22］，紅河油田原油中重排甾烷/規(guī)則甾烷值為0.08～0.22，C29重排甾烷20S/(20S+20R)值為0.38～0.71(表3)，這些指標(biāo)均反映了原油為成熟原油。

表3 紅河油田原油甾烷分析數(shù)據(jù)Table 3 Analytical data of steranes of crude oils from the Honghe Oilfield

圖8 原油中C29甾烷20S/(20S+20R)與 C29甾烷 ββ/(ββ+αα)值相關(guān)關(guān)系Fig.8 Correlativity between 20S/(20S+20R)and ββ/(ββ+αα)in sterane C29of the crude oils

4 油源分析

從前述原油的地球化學(xué)特征來看，紅河油田不同油層組原油中反映沉積環(huán)境和成熟度的參數(shù)值大小差別不大，說明對紅河油田中生界原油有油源貢獻(xiàn)的烴源巖的形成環(huán)境和成熟度接近，中生界原油的來源基本一致。

據(jù)研究，鄂爾多斯盆地中上三疊統(tǒng)延長組泥頁巖是中生界原油的主要烴源巖，優(yōu)質(zhì)烴源巖為延長組長7高有機(jī)質(zhì)豐度的頁巖，局部地區(qū)原油來源于長9上部黑色泥頁巖，次要烴源巖為長7黑色泥巖，長8碳質(zhì)泥巖可作為輔助烴源巖［23］。在鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)，長7泥頁巖發(fā)育，連續(xù)性較好，總體呈條帶狀由東北向西南方向展布，其中頁巖厚度10～16 m，泥巖厚度20～90 m，整體由東北向西南方向逐漸減薄，而長9上部的黑色泥頁巖在該區(qū)不發(fā)育(厚度小于5 m)。

采集了紅河油田9口井延長組不同層位的泥頁巖樣品并進(jìn)行了系統(tǒng)的地球化學(xué)分析，用于該區(qū)的油源研究(表4)。從原油與烴源巖中部分反映生源母質(zhì)、沉積環(huán)境的生物標(biāo)志化合物參數(shù)對比圖(圖9)中可以看出，紅河油田原油與鎮(zhèn)涇地區(qū)長7油頁巖具有很好的相關(guān)性，而與該區(qū)長8泥巖和長7泥巖的相關(guān)性較差。在原油與不同層位烴源巖生物標(biāo)志化合物對比譜(圖10)中也可看出，紅河油田原油和長7油頁巖C30重排藿烷含量均很低，C29降藿烷含量較高，C29Ts含量介于C30重排藿烷和C29降藿烷之間，Ts和Tm含量較低且相對豐度接近。而長7和長8泥巖的C30重排藿烷含量更低，幾乎不含C29Ts，且Ts含量明顯低于Tm。同時，原油和長7油頁巖與長7和長8泥巖的C27、C28、C29甾烷分布特征明顯不同，表現(xiàn)為原油和油頁巖的C27甾烷豐度高，而長7和長8泥巖的C29甾烷豐度明顯偏高(圖10)?？梢?，紅河油田中生界原油與長7底部的張家灘油頁巖具有親緣關(guān)系，推測原油主要來源于長7油頁巖。這與鄧南濤等［24］認(rèn)為鄂南地區(qū)長7油頁巖為該區(qū)油源最大貢獻(xiàn)者的認(rèn)識相一致。

表4 紅河油田烴源巖樣品部分生物標(biāo)志化合物數(shù)據(jù)Table 4 Partial biomarkers data of source rocks from the Honghe oilfield

圖9 原油與不同層位烴源巖生物標(biāo)志化合物參數(shù)相關(guān)圖Fig.9 Correlation diagram of biomarkers parameter between crude oil and source rocks in different layers

圖10 原油與不同層位烴源巖生物標(biāo)志化合物對比譜Fig.10 Biomarker spectrum comparison between crude oil and source rocks in different layers

5 結(jié)論

紅河油田中生界各油層組原油的地球化學(xué)特征相似，反映了它們來自相同的油源。原油中的正構(gòu)烷烴以高碳數(shù)略占優(yōu)勢，五環(huán)三萜烷含量較高，規(guī)則甾烷/藿烷值較低，這些說明原油的母質(zhì)除了菌藻類外，陸生高等植物也具有較大貢獻(xiàn)。原油中Pr/Ph值分布范圍小，大多接近于1，屬姥植均勢型或姥鮫烷優(yōu)勢型，伽瑪蠟烷和C30+藿烷含量很低，反映了原油形成于還原—弱還原的淡水或微咸水環(huán)境。原油中正構(gòu)烷烴奇偶優(yōu)勢不明顯，OEP值和CPI值均接近于1.0，C31升藿烷和C29甾烷異構(gòu)化參數(shù)接近或達(dá)到平衡值，這些均說明原油為成熟原油。紅河油田原油主要來自延長組長7底部的油頁巖。

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